北方城市不同植物滯塵效應(yīng)季節(jié)變化

周旭丹 安佰儀 王薇 陳麗飛 孫曉剛

摘要：以北方城市（吉林省長(zhǎng)春市）不同街道的喬木（槐樹(shù)和榆樹(shù)）、灌木（杜鵑和黃楊）、草本（黑麥草和三葉草）3種植物為試材，研究不同植物滯塵效應(yīng)季節(jié)變化及蒙塵后的生理響應(yīng)。結(jié)果表明，3種植物平均單位面積滯塵量依次為喬木>灌木>草本；夏季3種植物葉面滯塵量達(dá)到飽和約需12 d，秋季達(dá)到飽和約需9 d，3種植物秋季葉片平均滯塵量大于夏季葉片滯塵量；對(duì)葉面塵粒徑分析表明，葉面塵中滯留的顆粒物大多數(shù)是TSP（懸浮顆粒物），同時(shí)對(duì)PM10和PM2.5均有一定量的吸收，降塵物中PM2.5、PM10、TSP相對(duì)含量均以喬木最高，灌木和草本較低，3種植物的PM2.5和PM10差異顯著（P<0.05），而TSP差異并不顯著（P>0.05）；隨著葉片蒙塵時(shí)間延長(zhǎng)，相對(duì)含水量出現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，比葉重和脯氨酸含量則呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)，并且3種植物葉片秋季相對(duì)含水量、比葉重和脯氨酸含量均高于夏季。相關(guān)性分析表明，3種植物滯塵能力與車(chē)流量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）。

關(guān)鍵詞：北方城市；綠化植物；滯塵效應(yīng)；季節(jié)變化

中圖分類(lèi)號(hào)： S812.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

文章編號(hào)：1002-1302（2016）08-0489-05

隨著城市化和工業(yè)化的推進(jìn)，大氣粉塵污染給人類(lèi)帶來(lái)了新的生存危機(jī)，我國(guó)大量城市大氣粉塵超標(biāo)現(xiàn)象嚴(yán)重，已經(jīng)對(duì)人類(lèi)的健康造成了嚴(yán)重影響，也對(duì)城市本身的生存與發(fā)展提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[1-3]。園林植物改善生態(tài)環(huán)境的功能越來(lái)越受到人們的重視，園林植物對(duì)大氣中的粉塵、顆粒物有過(guò)濾、阻擋和吸附作用，可以有效降低大氣TSP（懸浮顆粒物）的含量，從而對(duì)大氣起到凈化作用[4-6]，不同樹(shù)種因其本身的生物學(xué)特性的差異，滯塵能力也有較大差異，選擇適合城市發(fā)展的滯塵能力強(qiáng)的綠化樹(shù)種，是城市綠地設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是改善城市環(huán)境質(zhì)量的重要保障[4-6]。目前我國(guó)已經(jīng)廣泛開(kāi)展了對(duì)綠化樹(shù)種滯塵能力的研究，而大量研究主要集中在南方一些城市，對(duì)于北方城市大范圍綠化樹(shù)種滯塵能力的研究還比較少[7-9]。因此，筆者以北方城市主要綠化樹(shù)種為研究對(duì)象，對(duì)城市道路中3種植物滯塵量差異及植物蒙塵后的生理響應(yīng)等進(jìn)行研究，為不同植物在園林生態(tài)景觀功能性植物的配置方面提供科學(xué)依據(jù)，為選擇適合吉林省長(zhǎng)春市環(huán)境的綠化樹(shù)種及城市綠地規(guī)劃提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

2013年6月初和10月初雨后，分別在長(zhǎng)春市不同街道采集3種植物葉片，每3 d同一時(shí)間采集1次樣本，采樣時(shí)帶〖LM〗上聚乙烯塑料手套，分別從東、西、南、北4個(gè)方向均勻采集成熟葉片12張，樣品選擇能夠充分接受粉塵的植物葉片，將葉片小心封存于錐形瓶?jī)?nèi)，帶回實(shí)驗(yàn)室處理，連續(xù)調(diào)查5次，比較不同植物滯塵差異，并記錄采樣所在街道的車(chē)流量（輛/min）。

1.2各指標(biāo)的測(cè)定

1.2.1葉片滯塵量及粒徑測(cè)定葉片滯塵量采用“干洗法”稱(chēng)量，將成熟葉片封存于裝有蒸餾水的錐形瓶中，浸洗掉葉片上的附著物，浸泡過(guò)程中注意要不斷地?cái)嚢?，以保證塵粒充分融入水中，浸泡3 h后，用毛刷沖洗葉片，再次保證塵粒融入到水中。用鑷子將葉片小心夾出，用濾紙將浸洗液過(guò)濾，將濾紙置于60 ℃下烘干12 h，萬(wàn)分之一天平稱(chēng)質(zhì)量，2次稱(chēng)質(zhì)量之差（m），即采集樣品上所附著的降塵顆粒物的質(zhì)量，夾出的葉片晾干后，用葉面積測(cè)定儀測(cè)葉面積（A），即可得出葉面積滯塵量（g/m2）為m/A。

1.2.2葉面塵粒徑測(cè)定將樣品置于70 ℃烘箱中烘干至恒質(zhì)量，稱(chēng)2 g降塵樣過(guò)40目篩，取降塵樣1.0 g溶解于300 mL蒸餾水中，并使其充分?jǐn)U散，用粒度分析儀進(jìn)行粒徑分析，PM10和PM2.5濃度測(cè)定用微電腦激光粉塵儀。

1.2.3葉片生理指標(biāo)的測(cè)定選取植物葉片樣品進(jìn)行各項(xiàng)生理指標(biāo)的測(cè)定，每項(xiàng)試驗(yàn)重復(fù)測(cè)定3次，葉片相對(duì)含水量及比葉重的測(cè)定采用加熱烘干法，脯氨酸含量測(cè)定采用酸性茚三酮法[10]。

1.3數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2003和SPSS 18.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和檢驗(yàn)，作單因素方差分析（One-way ANOVA），顯著性采用LSD法檢驗(yàn)，用Origin 8.0作圖。

2結(jié)果與分析

2.1不同植物滯塵能力比較

不同植物在不同時(shí)間的滯塵效應(yīng)差異較為明顯，由圖1可知，夏季前18 d內(nèi)，隨著時(shí)間的累積，不同綠化植物單位面積滯塵量不斷增加，到12 d時(shí)滯塵量變化不大。即在室外情況下，不同綠化植物夏季葉面滯塵量達(dá)到飽和約需 12 d；而秋季不同綠化植物葉面滯塵量達(dá)到飽和約需 9 d；3種植物的平均單位面積滯塵量從大到小依次為喬木（槐樹(shù)、榆樹(shù)）>灌木（杜鵑、黃楊）>草本（黑麥草、三葉草），喬木所在街道粉塵含量較高，車(chē)輛較多且綠化稍差，導(dǎo)致葉片單位面積滯塵量較高，灌木和草本所在街道綠化相對(duì)較好，葉片滯塵量較低，其中草本葉片滯塵量最低，主要是由于草本植物覆蓋率較高，且環(huán)境中粉塵含量較少。3種植物秋季葉片平均滯塵量大于夏季葉片平均單位面積滯塵量，可能是由于秋季氣候干燥，空氣中懸浮顆粒較多，而夏季空氣濕度較大，影響了滯塵量。夏季雨水充沛，即使是晴天，空氣濕度也較大，不利于葉片對(duì)粉塵的滯留，同時(shí)葉片對(duì)粉塵的滯留能力也有限，加之風(fēng)力等外界因素的干擾，導(dǎo)致出現(xiàn)滯塵量下降的趨勢(shì)。

2.2不同植物葉片滯塵顆粒物

從表1可知，不同植物降塵的粒徑主要分布在2.5～100 μm 之間，葉面降塵中顆粒物粒徑集中分布在100 μm以下，占99%以上，說(shuō)明降塵物主要為已在大氣中經(jīng)一定距離漂移的TSP。一般認(rèn)為，PM10（粒徑<10 μm）是危害人類(lèi)健康的最主要顆粒物，而PM2.5（粒徑<2.5 μm）則是能直接進(jìn)入人體肺部導(dǎo)致肺泡發(fā)炎的顆粒物。降塵物中PM2.5、PM10、TSP（懸浮顆粒物）相對(duì)含量均以喬木最高，灌木和草本較低，其中PM2.5和PM10在喬木、灌木、草本植物中均差異顯著（P<0.05），而3種植物TSP差異并不顯著（P>0.05）。降塵物的平均粒依次表現(xiàn)為草本>灌木>喬木，這說(shuō)明對(duì)于空氣污染較高的喬木，其降塵顆粒也較細(xì)。

2.3蒙塵對(duì)不同植物相對(duì)含水量的影響

植物組織相對(duì)含水量是反映植物水分生理狀況的重要指

2.4蒙塵對(duì)不同植物比葉重的影響

比葉重（LMA）是指單位面積葉片的干質(zhì)量，能夠明顯反映出植物光和碳同化能力和不同生育期光合作用制造有機(jī)物質(zhì)及其分配趨勢(shì)，是衡量葉片質(zhì)量的一個(gè)穩(wěn)定指標(biāo)[11-12]。由表3可知，不同植物比葉重呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)的變化，3種植物比葉重夏季和秋季呈現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢(shì)。槐樹(shù)、榆樹(shù)、杜鵑、黃楊、黑麥草、三葉草夏季比葉重的變化范圍分別為 79～95、76～92、74～82、76～84、69～79、69～77 g/m2，秋季比葉重的變化范圍分別為112～140、105～139、102～124、108～124、101～113、97～117 g/m2。綜合比較來(lái)看，喬木的比葉重較灌木和草本植物大，主要是由于喬木受到粉塵的影響較小，其生長(zhǎng)狀況較好，秋季的比葉重普遍比夏季大，這可能是由于老葉的比葉重大于新葉。

2.5蒙塵對(duì)不同植物脯氨酸含量的影響

脯氨酸是植物蛋白質(zhì)的組成成分之一，在逆境條件下，許多植物體內(nèi)的脯氨酸大量積累，脯氨酸含量的增加是植物對(duì)逆境脅迫的一種生理生化反應(yīng)[11-12]。由表4可知，蒙塵對(duì)不同植物脯氨酸具有不同程度的影響，不同植物脯氨酸含量差異較大。3種植物脯氨酸含量在夏季和秋季均呈現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢(shì)?；睒?shù)、榆樹(shù)、杜鵑、黃楊、黑麥草、三葉草夏季脯氨酸含量的變化范圍分別為23.82～39.45、24.78～42.07、17.23～31.54、15.74～29.74、13.56～19.05、14.19～21.51 μg/g，秋季脯氨酸含量的變化范圍分別為25.45～4129、27.21～43.23、19.26～35.78、16.23～31.52、14.18～21.38、15.06～23.79 μg/g。綜合比較來(lái)看，脯氨酸含量從大到小依次為喬木>灌木>草本，由于喬木受粉塵的影響較大，因此喬木植物體內(nèi)脯氨酸含量較多，同時(shí)本試驗(yàn)得出3種植物脯氨酸含量秋季大于夏季。

3結(jié)論與討論

作為空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)的重要手段之一，綠化樹(shù)種的葉片滯塵量測(cè)定可在一定程度上反映小環(huán)境中空氣顆粒物含量[7-9，13-15]。近年來(lái)關(guān)于植物滯塵效應(yīng)的研究報(bào)道較多，植物葉片滯塵過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程，葉片滯塵與粉塵脫落同時(shí)進(jìn)行，此過(guò)程中植物葉片滯塵作用始終處于主導(dǎo)地位，說(shuō)明植物滯塵能力的絕對(duì)性[16-18]。本研究結(jié)果顯示，喬木葉片滯塵量明顯大于灌木和草本，是滯塵能力優(yōu)良的城市綠化樹(shù)種，因受植物單葉面積大小、葉片組織結(jié)構(gòu)以及樹(shù)冠密集度、整株葉量多少等因子制約，各滯塵量指標(biāo)間不盡一致，在城市綠化樹(shù)種的滯塵能力選擇中應(yīng)綜合考慮。同時(shí)，植物葉片滯塵作用與所在植物街道、人為干擾情況及植物本身屬性有關(guān)[16-18]，本研究3種植物的滯塵能力與其所處的環(huán)境有很大關(guān)系，在葉片的滯塵能力未達(dá)到飽和之前，植物的滯塵量隨著環(huán)境中的粉塵增多而增多，在植物葉片滯塵量達(dá)到飽和之后，滯塵量變化不大。此外，還與植物的株型、葉片特性、分枝方式有關(guān)，在外界環(huán)境下，降雨和大風(fēng)是影響植物葉片滯塵的主要外界因素。喬木葉片生長(zhǎng)速度較快，葉寬大而繁密，且其葉片較厚，有利于阻擋風(fēng)力的干擾，因此滯塵量較高；灌木和草本植物不利于接受地面的揚(yáng)塵，且葉片條形較為柔軟，易受風(fēng)力等外界環(huán)境因素的影響，不利于粉塵的滯留，因此滯塵量較低。由圖1可知，3種植物秋季葉片平均滯塵量大于夏季葉片滯塵量，可能是由于秋季氣候干燥，空氣中懸浮顆粒較多，而夏季空氣濕度較大，影響了滯塵量[16，19]，夏季雨水充沛，即使是晴天，空氣濕度也較大，不利于葉片對(duì)粉塵的滯留，同時(shí)葉片對(duì)粉塵的滯留能力有限，加之風(fēng)力等外界因素的干擾，導(dǎo)致出現(xiàn)滯塵量下降的趨勢(shì)。植物葉片飽和滯塵量在不同地區(qū)和不同環(huán)境下有所不同，在室外環(huán)境下，不同綠化植物夏季葉面滯塵量達(dá)到飽和約需12 d，而秋季不同綠化植物葉面滯塵量達(dá)到飽和約需9 d，較夏季有所提前。植物所處環(huán)境中粉塵總量是影響葉片滯塵能力的一個(gè)因素，也是影響葉片滯塵量達(dá)到飽和時(shí)間長(zhǎng)短的一個(gè)因素[16-18]，本研究雖然分析了滯塵的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，但對(duì)影響植物葉片滯塵效應(yīng)的因素尚未建立全面的數(shù)學(xué)模擬模型，在以后的研究工作中，需要將更多可能的影響因素進(jìn)行綜合分析研究。

大氣顆粒物主要通過(guò)干、濕沉降到達(dá)植物葉表面，而地面揚(yáng)塵等其他塵源也在其上積累形成葉面塵[20-21]。葉片表面細(xì)微結(jié)構(gòu)對(duì)顆粒物產(chǎn)生的吸附作用在大多數(shù)樹(shù)種中均存在，由于細(xì)微結(jié)構(gòu)的差異性，不同細(xì)微結(jié)構(gòu)對(duì)顆粒物的支持固定作用效果也不同[13-15，22]。本研究中喬木滯塵量最大，粒徑偏小，一定程度上反映了喬木所處街道的粉塵污染狀況較為嚴(yán)重，并且喬木PM2.5與PM10的比例均高于灌木和草本，說(shuō)明葉面降塵與所處地區(qū)的環(huán)境狀況有一定的關(guān)系，不同功能區(qū)滯塵量與葉面塵可吸入顆粒物的比例變化不一致，可能是因?yàn)楦鳂狱c(diǎn)大氣環(huán)境中顆粒物組分不同。污染物為可吸入顆粒物，3種植物葉片所吸收的灰塵中，PM10在不同地區(qū)均占了一定比例，說(shuō)明3種植物均能夠滯留可吸入顆粒物，改善環(huán)境質(zhì)量。

植物葉片蒙塵后對(duì)生理會(huì)造成影響，植物通過(guò)生理變化來(lái)抵御或減輕脅迫的損傷，葉片相對(duì)含水量是生理狀態(tài)的一個(gè)重要指標(biāo)，葉片能夠維持較高含水量是其適應(yīng)性的一種重要生理表現(xiàn)[11-12]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，3種植物在蒙塵后相對(duì)含水量均有一定的下降，隨著蒙塵時(shí)間的延長(zhǎng)，植物相對(duì)含水量處于一定的穩(wěn)定狀態(tài)，且夏季的變化量大于秋季。比葉重是衡量葉片光合作用性能的一個(gè)參數(shù)，大量研究結(jié)果表明，葉片的比葉重與葉片光合能力呈正相關(guān)[11-12]，植物在蒙塵后比葉重呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，3種植物秋季比葉重大于夏季，這可能與葉片的生長(zhǎng)有一定的關(guān)系。葉片蒙塵后脯氨酸含量均有升高，說(shuō)明污染物脅迫下脯氨酸的積累是對(duì)逆境的一種生理適應(yīng)，與楊志剛研究大氣污染會(huì)導(dǎo)致脯氨酸含量增加的結(jié)果[23]相一致。植物在不同地點(diǎn)蒙塵后，產(chǎn)生大量自由基，體內(nèi)抗氧化酶活性與抗氧化物質(zhì)含量提高，脯氨酸大量積累，以阻止和減輕細(xì)胞膜質(zhì)過(guò)氧化程度，這是植物抵御大氣污染脅迫的適應(yīng)和表現(xiàn)[11-12]。以葉片滯塵能力為因變量，車(chē)流量為自變量，運(yùn)用一元線性回歸分析，可以得到不同樹(shù)種的滯塵能力與車(chē)流量之間的線性關(guān)系。綜上可知，同一樹(shù)種的滯塵能力與車(chē)流量呈明顯的正相關(guān)性，由此可以推斷空氣中顆粒物濃度越高，對(duì)同一樹(shù)種來(lái)說(shuō)，滯塵能力也越大。

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